潘静静 单利君 林勤保 钟怀宁 李 忠 廖 佳

（1 暨南大学食品科学与工程系 广州510632 2 广州海关技术中心 广东省动植物与食品进出口技术措施研究重点实验室 广州510623 3 暨南大学包装工程研究所 广东珠海519070 4 拱北海关技术中心 广东珠海519070）

低密度聚乙烯（LDPE）具有很多优良性能，大量用于食品包装。聚合物吸收紫外线后会导致高分子聚合物制品强度降低[1]。紫外线吸收剂可防止紫外线对聚合物的破坏，在特定条件下，紫外线吸收剂会以渗透、迁移等方式进入食品中[2]。目前国内外对于石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备和物理性能等有大量研究[3]，聚合物基主要有：聚乙烯[4]、聚乳酸[5]、聚对苯二甲酸乙二醇酯[6]、聚碳酸酯[7]、聚丙烯[8-10]、线型低密度聚乙烯（LLDPE）[11]、高密度聚乙烯[12-13]、聚苯乙烯[14]、聚乙烯醇[15]等聚合物[16]。然而，石墨烯纳米复合材料中石墨烯对添加剂在食品中迁移的影响研究却很少。

目前，对于纳米复合包装的迁移研究主要集中在纳米成分的检测与迁移，如Lin[17]、Song[18]、Su[19]等对纳米银复合包装材料中银迁移进行研究，Lin、Li 等[20-21]对二氧化钛复合包装材料中钛向食品模拟物的迁移进行研究。然而，对于纳米复合材料中添加剂与纳米成分之间相互作用的研究很少，Abreu[22]研究了纳米黏土对几种添加剂在尼龙中向食品中迁移，表明纳米黏土会降低添加剂的迁移量。本课题组先前研究纳米银-聚乙烯复合包装中抗氧化剂和光稳定剂对银向食品模拟物迁移的影响[19，23]，表明不同类型的助剂对银的迁移影响有所差异。

本文选取了两种使用广泛的紫外线吸收剂（UV-531、UV-P）。对石墨烯/低密度聚乙烯复合食品包装薄膜中两种紫外线吸收剂在食品模拟物的检测和迁移进行研究，为石墨烯纳米复合食品包装材料中石墨烯的性能研究及紫外线吸收剂的检测提供了一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

1.1.1 材料 石墨烯，江苏常州第六元素材料科技股份有限公司；紫外吸收剂UV-531、UV-P，天津利安隆新材料股份有限公司；11 种塑料薄膜样品如表1所示，样品均由1.2.1 节所述方法制得。

1.1.2 试剂 正己烷（色谱纯）、二氯甲烷（色谱纯），美国TEDIA 公司；异辛烷（色谱纯），瑞典OCEANPAK 公司；甲苯（分析纯），天津大茂化学试剂厂；紫外线吸收剂标准品信息见表2。

表1 11 种薄膜样品的基本信息Table1 Basic information of 11 film samples

表2 2 种紫外线吸收剂的基本信息Table2 Basic information of 2 ultraviolet absorbents standards

1.1.3 仪器 Agilent 7890A-5975C 型气相色谱-质谱仪，美国安捷伦公司；双螺杆挤出造粒机，广州普同实验分析仪器有限公司；FYC-25 小型实验吹膜机，广州金中机械有限公司；SPSS 统计分析软件21.0 版，美国IBM 公司。

1.2 试验方法

1.2.1 薄膜制备 分别将石墨烯、 紫外吸收剂UV-531、UV-P（添加量详见表1）同LLDPE 混合均匀后填入双螺杆挤出造粒机中熔融共混制得塑料母粒，重复造粒2 次，经小型吹膜机制得薄膜。采用同样方法制备LDPE 空白膜。

1.2.2 标准溶液配制 准确称取各标准品10.0 mg（精确至0.1 mg），用正己烷溶解定容至10 mL容量瓶中，配成1 000 mg/L 的标准储备溶液；在4℃冰箱内冷藏保存，使用时用正己烷稀释成所需浓度的标准溶液。

1.2.3 提取两种紫外吸收剂

1） 方法一：甲苯溶解提取法 清洗薄膜样品，剪碎约0.3×0.3 cm2，称取1.0 g 于具塞试管中，加入10 mL 甲苯，100 ℃静置30 min，待完全溶解，取0.1 mL 于试管中，氮吹，加入10 mL 正己烷稀释，振荡试管后静置5 min，吸取溶液，过滤膜，待GC-MS 检测。空白膜按同样方法处理，每组3 次平行。

2） 方法二：二氯甲烷浸提法 剪碎（同方法一），加入10 mL 二氯甲烷，加铝箔密封，常温静置10 d，取0.5 mL 于试管中，氮吹，加入10 mL 正己烷稀释，振荡试管静置5 min，取少量溶液，过滤膜，待GC-MS 检测。空白膜按同样方法处理，每组3 次平行。

1.2.4 迁移条件 清洗薄膜样品，剪碎至约为1.0×6.0 cm2，每组取3 个平行，各取一片于具塞试管，再加10 mL 异辛烷，密封，置于鼓风干燥箱中进行特定迁移试验，70 ℃下浸泡2 h，（另外一批在20 ℃下浸泡10 d，同样取3 个平行）取0.1 mL 溶液于试管中，加入10 mL 异辛烷稀释，振荡试管并静置5 min，取少量溶液，过0.45 μm 有机滤膜，待GC-MS 检测。

根据欧盟法规[24-25]，温度为40 ℃的迁移试验的测试时间为10 d。然而在做温度为40 ℃的迁移预试验时，发现两种光稳定剂在2 d 内就达到了迁移平衡状态。为节约时间以及研究紫外线吸收剂的迁移规律，在做温度为40 ℃的迁移试验时把时间定为2 d。

样品剪碎至4.0×4.5 cm2，各取一片于锥形瓶，再加30 mL 异辛烷，在40 ℃下浸泡2 d，分别在2，4，8，12，18，24，36，48 h 的时间点上各取一次样，每次取样0.2 mL 溶液于另一试管中，加10 mL 异辛烷稀释，振荡试管并静置5 min，取少量溶液，过滤膜，待GC-MS 检测。

1.2.5 计算迁移结果 两种抗氧化剂的迁移量用模拟物中测得的抗氧化剂的质量与食品模拟物质量的比值表示：

式中，M迁移——抗氧化剂迁移量（mg/kg）；M1——浸泡后抗氧化剂在食品模拟物中的质量（mg）；M2——食品模拟物的质量（kg）；C检测值——试验测定得到的抗氧化剂的质量浓度（mg/L）；V浸泡液——食品模拟物的体积（L）；N——稀释倍数（若直接取食品模拟液上机，则N=1）。

1.2.6 仪器分析条件 气相色谱条件：Agilent 19091S-433HP-5MS 5%Phenyl Methyl Silox（30.0 m×250 μm×0.25 μm）色谱柱；升温程序：初始温度60 ℃，以50 ℃/min 的速率升温至250 ℃，再以20℃/min 的速率升温至300 ℃，保持2 min；进样方式为不分流进样，进样量为1 μL；进样口温度为250 ℃；载气为氦气（纯度≥99.99%），流速为1.1 mL/min；溶剂延迟4.0 min。

质谱条件：离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；电离方式为电子轰击离子化（EI 源）；电子能量为70 V；全扫描模式（m/z 范围为50-550）用于色谱条件优化，选择离子扫描模式进行定量，UV-P 定量离子为225，UV-531 定量离子为213。

2 结果与分析

2.1 GC-MS 检测两种紫外吸收剂

2.1.1 线性范围、检出限、定量限 采用峰面积外标法定量，以质量浓度（0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5，1 μg/mL）为横坐标，以各化学物质的色谱峰面积为纵坐标建立标准曲线。依次进样两种紫外线吸收剂的混合标准溶液，根据S/N=3 和S/N=10 得到各物质仪器的检出限（LOD）和定量限（LOQ）；两种化学物的线性方程、相关系数（R）、检出限以及定量限见表3。

表3 2 种紫外线吸收剂的线性方程、相关系数、检出限以及定量限（n=3）Table3 Linear equations，correlation coefficient，LOD and LOQ of 2 ultraviolet absorbents （n=3）

2.1.2 甲苯溶解提取法的精密度及加标回收率空白样品剪碎至0.3×0.3 cm2，称取1.0 g 样品于具塞试管中，加入10 mL 甲苯，再分别加入质量浓度为0.1，0.2，0.5 μg/mL 的混合标准溶液，经1.2.3 方法一处理后进GC-MS 检测，结果见表4。可以看出，两种紫外线吸收剂的平均回收率在82.0%～104.2%之间，相对标准偏差在3.7%～10.0%之间，说明甲苯溶解提取法可靠。

2.1.3 迁移试验的精密度及加标回收率 空白样品剪碎至0.3×0.3 cm2，称取1.0 g 样品于20 mL 具塞试管中，加10 mL 异辛烷，再加质量浓度分别为0.1，0.2，0.5 μg/mL 的混合标准溶液，70 ℃下静置2 h，取少量溶液，过0.45 μm 有机滤膜，待GCMS 检测，结果见表5。两种紫外线吸收剂的平均回收率在84.6%～95.2%之间，相对标准偏差在3.7%～9.8%之间，说明迁移试验方法可靠。

表4 甲苯溶解提取法中2 种紫外线吸收剂的加标回收率和相对标准偏差（n=3）Table4 Recoveries and RSD of 2 ultraviolet absorbents in the dissolution extraction method with methylbenzene （n=3）

表5 迁移试验中2 种紫外线吸收剂的加标回收率和相对标准偏差（n=3）Table5 Recoveries and RSD of 2 ultraviolet absorbents in the migration experiment （n=3）

2.1.4 甲苯溶解法检测10 种样品中两种紫外线吸收剂的初始含量 按1.2.3 甲苯溶解提取方法提取两种紫外线吸收剂在10 种样品中的初始含量，见表6。利用SPSS 软件进行统计分析，在置信水平为95%时，通过单因素方差分析方法对不同薄膜中同种助剂的初始含量进行统计分析。分别比较添加量0.5%、添加量1%的UV-P 和UV-531结果表明同一添加浓度下，在不同膜中的初始含量无显著性差异（P＞0.05）；即同一添加浓度下的塑料中两种紫外线吸收剂的初始含量近似相等。

2.2 两种前处理方法的对比及优化

按照1.2.3 方法处理，结果见表6。结果可以看出甲苯溶解提取法得到的两种紫外线吸收剂的初始含量比二氯甲烷浸提法所得到的高，并且甲苯法得到的数据标准偏差更小，原因可能是甲苯对LDPE 塑料的溶解破坏了LDPE 分子结构，使紫外线吸收剂暴露在甲苯中，更容易被提取。综上，本试验选择甲苯溶解提取法。

2.3 迁移试验结果与分析

根据1.2.4 迁移试验条件以及1.2.5 迁移结果计算公式得到不同温度下10 种膜中两种紫外吸收剂向异辛烷迁移的最大迁移量，如表7所示。40 ℃不同膜中UV-531（图1a）及UV-P（图1b）向异辛烷的迁移规律，如图1所示。

表6 两种前处理方法分别检测10 种样品中2 种紫外线吸收剂的初始含量（n=3）Table6 The content of 2 ultraviolet absorbents in 10 samples with two pretreatments （n=3）

表7 迁移试验中2 种紫外线吸收剂向异辛烷迁移的最大迁移量（n=3）Table7 Maximum migration amounts of 2 ultraviolet absorbents to isooctane in migration （n=3）

图1 40 ℃下，不同膜中UV531（a）及UV-P（b）向异辛烷的迁移（n=3）Fig.1 Migration of UV531 （a） and UV-P （b） from different films to isooctane at 40°C （n=3）

2.3.1 迁移时间及温度对紫外线吸收剂迁移量的影响 由图1可知，同一温度下，迁移时间越长，两种紫外吸收剂向异辛烷的迁移量越多，塑料中越多的紫外吸收剂能够与异辛烷溶液接触从而溶入其中，当其达到溶解度后，就不再向异辛烷溶液迁移而达到平衡；从表7可知，在不同温度下，随着迁移温度的升高，两种紫外吸收剂向异辛烷中的迁移量也增加。这是因为分子热运动与温度有关，温度越高，分子的运动越快，两种紫外线吸收剂向异辛烷的迁移量越大。

2.3.2 紫外线吸收剂质量浓度对紫外线吸收剂迁移量的影响 由表7可知，在相同时间内，紫外线吸收剂的迁移量随着质量浓度的增加而增加 （比较1#～5#与6#～10#样品）。物质分子从高质量浓度区域向低质量浓度区域转移，直到均匀分布，扩散的速率与物质的质量浓度梯度成正比。紫外线吸收剂添加质量浓度大的样品与模拟液之间的质量浓度梯度更大，在相同的时间内迁移的量就更大。

2.3.3 紫外线吸收剂的相互作用效应对紫外线吸收剂迁移量的影响 工业生产中紫外线吸收剂一般不会单一使用，通常是两种或几种紫外线吸收剂共同使用。图1可知，含一种及含两种紫外吸收剂样品中紫外线吸收剂的迁移量进行对比，用SPSS 软件对含单一紫外线吸收剂的样品及含两种紫外线吸收剂样品的迁移量分析对比可知，两者迁移量无明显差异（P＞0.05），可以判断UV-531和UV-P 这两种紫外线吸收剂对彼此向异辛烷的迁移无影响。然而，这并不能说明所有的紫外线吸收剂都是如此，还需要大量研究证明。

2.3.4 石墨烯对紫外线吸收剂迁移量的影响 由图1对含有和不含有石墨烯的薄膜样品中紫外线吸收剂的迁移量进行对比可知，不含石墨烯的样品中紫外线吸收剂的迁移量明显高于含有石墨烯的样品，说明不含石墨烯的样品中紫外线吸收剂向异辛烷迁移的量更大。这说明石墨烯加入阻碍了低密度聚乙烯薄膜中两种紫外线吸收剂向异辛烷的迁移。分析原因有以下3 点：首先，石墨烯是纳米材料，纳米成分存在小分子效应和表面效应，以熔融共混的方式添加到塑料内部后，由于石墨烯在黏度较大的聚合物熔体中的流动性较差，使得制备出复合材料容易出现分散不均匀的情况，会产生一定的团聚现象，石墨烯会以分散状或者团聚状态镶嵌或者粘合在塑料材料上面，而紫外吸收剂的迁移是一种分子扩散过程，石墨烯的团聚现象可能会阻碍紫外吸收剂的扩散行为，进而抑制了紫外吸收剂向异辛烷的迁移。其次，石墨烯具有很强的吸附性，通常分子很难逃脱石墨烯的吸附。第三，石墨烯本身具有非常好的阻隔作用，其会阻隔紫外吸收剂的扩散。

3 结论

本文利用GC-MS 建立了石墨烯/低密度聚乙烯复合食品包装薄膜中两种紫外线吸收剂UV-531 和UV-P 的检测方法。对两种前处理方法进行讨论与分析，发现使用甲苯溶解提取法处理样品效果更好。依据欧盟标准，选取异辛烷作为脂类食品模拟物，对样品中两种紫外线吸收剂的迁移进行研究。研究结果表明，两种紫外线吸收剂的迁移量受迁移时间、温度、紫外线吸收剂质量浓度和是否添加石墨烯等因素的影响，具体影响表现为：在一定范围内，随着时间、温度和紫外线吸收剂质量浓度的增加，两种紫外线吸收剂向异辛烷的迁移量不断增加；石墨烯的加入阻碍了两种紫外线吸收剂向异辛烷的迁移；此外，两种紫外线吸收剂相互作用较小，对彼此向异辛烷的迁移基本没有影响。